调节阀与调节器配合与PID整定

一、调节器、过程特性和调节阀的作用方式配合

说明：

1、通常，调节阀的气开、气关有工艺安全条件事先选定。

2、再假定阀门定位器和执行器构成调节阀正作用。如果为反作用，表中关于调节器作用方式结论取反。

3、工艺过程确定，阀门气开、气关方式也确定，无论阀门作用方式如何，都可以通过调节器作用方式选择来适应自动调节过程中的负反馈闭环控制系统来满足工艺控制。

4、对于调节器来说，按照统一的规定:

4.1、如果e﹥0，调节器输出增加，调节器放大系数Kc为负，则该调节器称为正作用调节器；

4.2、e﹥0，调节器输出减小，Kc为正，则该调节器称为反作用调节器。

5、关于工艺过程通常有几类常用控制调节需求，现归纳如下，便于识别。

5.1、本阀后压力、加热过程、流量调节和流入容器液位调节归纳为一类，即为：B过程；

5.2、本阀前压力、冷却过程和流出容器液位为另一类，为A过程。

调节器调节阀过程特性

a)SV-设定值；

b)PV-过程值；

c)e-偏差，e=PV-SV；

d)KC-调节器放大系数；

e)KV-调节阀作用特性；

f)KP-过程特性；

g)KT-变送特性；（通常为正）

对于单回路调节系统，当KC*KV*KP*KT = -PV才构成负反馈系统。带入g),此判别式简化为：KC*KV*KP = -PV。

所以，工艺过程确定、调节阀FC或FO一经选定,只有调整调节器正反作用方式来满足控制要求。单元仪表调节器与DCS系统调节器改变调节器极性是非常方便的。

至此，同行纠缠已久的此问题达到了简化处理。

如果是串级控制回路，选择主回路控制器的正反作用时将副回路看作是一个设定值不变的单回路，用与单回路中确定调节器正反作用同样的方法进行确定。

二、关于PID整定

在选定了一组控制回路作用方式配置之后，要想取得满意的调节效果，下面的工作就是整定调节器的调节的PID参数。

PID控制器参数的工程整定，各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参考，对于不同物理过程，初始经验参数范围如下：

1、温度过程TIC: P=20～60%;I=180～600s;D=3～180s

2、压力过程PIC: P=30～70%;I=24～180s

3、液位过程LIC: P=20～80%;I=60～300s

4、流量过程FIC: P=40～100%;I=6～60s

由于现场构成每个调节回路的灵敏度、惯性各不相同，实际往往需要进行精确调整三参数，达到满意的调节控制效果。既没有震荡或大幅超调，又能快速进入稳定状态。

P-比例增益：

例如，变频器的 PID 功能是利用目标信号和反馈信号的差值来调节输出频率的，一方面，我们希望目标信号和反馈信号无限接近，即差值很小，从而满足调节的精度：另一方面，我们又希望调节信号具有一定的幅度，以保证调节的灵敏度。解决这一矛盾的方法就是事先将差值信号进行放大。比例增益 P 就是用来设置差值信号的放大系数的。任何一种变频器的参数 P 都给出一个可设置的数值范围，一般在初次调试时， P 可按中间偏大值预置．或者暂时默认出厂值，待设备运转时再按实际情况细调。 I-积分时间：

如上所述．比例增益 P 越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。为此引入积分环节 I 。其效果是，使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大 ( 或减小 ) ，从而减缓其变化速度，防止振荡。但积分时间 I 太长，又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。因此， I 的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。

D-微分时间：

微分时间 D 是根据差值信号变化的速率，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。

D 的取值也与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，微分时间应短些；反之，拖动系统的时间常数较大时，微分时间应长些。经验调整原则：

PID 参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控过程值在目标值附近振荡，首先加大积分时间 I ，如仍有振荡，可适当减小比例增益 P。被控过程值在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益 P ，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间 I ，还可加大微分时间 D。

时下，也有好多高级处理方法。如：专家系统自整定PID、模糊控制PID和自适应（智能自学习）PID系统。其原理为，在一个干扰作用下，

测量系统响应特性（简化了大量的计算过程），给出一组参数，然后逐渐向理想方向修正。

有些场合，由于过程干扰因素来自多方面因素，对于上述单回路PID 调节仍不能满足快速、及时和精确稳定的要求，则需要引入更复杂的如串级/前馈等控制模型，例如锅炉汽包水位三冲量调节系统。当然，复杂调节模型使用的过程器件会更多，这其中有一个经济投资问题。对于过程第二参量变化不大的场合，单回路PID控制经过精细调整，均可以取得满意的调节效果。